Diseño de nuevos materiales respetuosos con el medio ambiente

Bioplásticos para aplicaciones duraderas

Jon Anakabe Onaindia y Alexander Arrillaga Laca; Leartiker, Lea Artibai Ikastetxea S. Coop.10/05/2012

10 de mayo de 2012

El desarrollo de diferentes familias de plásticos llevado a cabo durante la segunda mitad del siglo XX supuso una auténtica revolución en el diseño y la creación de nuevos productos, así como la evolución y mejora de muchos que ya existían. Hoy en día es impensable imaginarse un mundo sin productos fabricados en plástico ya que por su baja densidad, propiedades específicas, precio competitivo sobre otros materiales y por su maleabilidad al procesarlo, ha entrado en innumerables sectores de aplicación. Por desgracia, la consecuencia directa de este uso masivo y prolongado en el tiempo de los plásticos no se evidencia sólo en sus ventajas y la mejora en calidad de vida general que han supuesto, sino también en otras dos caras no tan agradables. Debido a que la inmensa mayoría de los plásticos convencionales se sintetizan a partir de derivados de petróleo, el consumo de este recurso fósil y finito va en aumento. Si a esto se le añade la variable de la volatilidad en precio del petróleo, este factor se convierte en un problema clave para la industria del plástico. Y por otra parte, el problema más visual, relacionada la no-degradación de los plásticos, dado que este proceso supera ampliamente los 200 años en la mayoría de los casos.

La solución a estos dos factores de riesgo se encuentra en la utilización de los denominados bioplásticos. Se consideran como bioplasticos aquellos plásticos producidos a partir de materia prima renovable y que pueden degradarse en un periodo de tiempo asumible (entre semanas y meses), siempre que se den las condiciones para que esto ocurra.

El esfuerzo en investigación y el desarrollo de estos materiales ha ido intensificandose durante los últimos veinte años y su entrada al mercado está siendo consistente, especialmente en el sector del envase y embalaje, donde la efímera vida de sus productos ha impulsado la necesidad de plásticos biodegradables.

Aun así, sigue existiendo un cierto escepticismo generalizado de la industria del plástico hacia este tipo de plásticos, pensando quizá que difícilmente se podrá sintetizar a partir de cultivos como el maíz o la caña de azúcar un plástico tan resistente como los petroquímicos actuales.

La respuesta a esa duda nos la da la propia naturaleza. Por ejemplo las arañas son capaces de producir seda, un biopolímero proteico con una altísima deformabilidad, una resistencia a la rotura seis veces superior a la del acero (1) y una conductividad térmica similar a la de los metales (2). Por supuesto no necesitan petróleo para crearlo, y su biopolímero es 100% biodegradable e incluso biocompatible y metabolizable por la propia araña. De hecho, estos insectos ingieren los hilos estropeados de sus telas de araña para reaprovechar sus nutrientes y crear así nuevo hilo. Sin duda el de la tela de araña no es más que un ejemplo de biopolímero que supera en varias propiedades a los polímeros petroquímicos conocidos.

Respecto al potencial de la evolución y desarrollo de los bioplásticos, conviene recordar que al inicia de los años 50 del siglo pasado, muy pocos apostaban por un polímero con una estructura molecular tan débil como el del polipropileno, hasta que Ziegler y Natta descubrieron nuevos catalizadores que dieron lugar a polipropilenos con diferente tacticidad y con ello el polipropileno semicristalino que hoy en día es uno de los plásticos más consumidos e interesantes del mercado.

Léxico

Sigue existiendo todavía cierta controversia sobre el uso correcto del léxico circundante a los biopláticos. Se mezclan, interesada o desinteresadamente, términos como plástico biodegradable, plástico renovable y bioplastico. Si bien es comprensible el interés de la industria del plástico hacia un vocablo tan comercialmente interesante como puede ser este último, parece conveniente llegar a un acuerdo para no usarlo cuando no se debe. Según el reconocido doctor Ramani Narayan (3) del Departamento de Ingeniería Química y Ciencia de Materiales de la Universidad del Estado de Michigan, sólo deberían ser denominados bioplásticos aquellos plásticos que nacen de fuentes renovables y además son biodegradables. Es decir que, por ejemplo, ni el bio-Polietileno de Braskem ni la bio-Poliamida de Arkema (producidos a partir de fuentes renovables) deberían ser nombrados como bioplásticos, ya que no son biodegradables. Ni la policaprolactona (PCL) ni el polibutilen succionato (PBS), ya que aun siendo biodegradables, de momento no se sintetizan a partir de fuentes renovables. Los primeros debieran reconocerse y nombrarse como plásticos no petroquímicos o sintetizados a partir de fuentes renovables, y los segundos como biodegradables/compostables (según el caso).

Además, el térmico bioplástico hace referencia también a aquellos polímeros utilizados en el sector médico por su biocompatabilidad, como podría ser el caso de la silicona, que no tienen porque sintetizarse partiendo de fuentes renovables ni ser biodegradables/compostables.

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Figura 1. Uso conveniente de la terminología relacionada.

Tipos de plástico

Si analizamos los termoplásticos desde el punto de vista del ciclo de vida y nos centramos en su procedencia (materia prima) y tratamiento final (fin de ciclo), obtendremos la clasificación de cuatro cuadrantes que se muestra en la Figura 2. Partiendo de los conocidos plásticos petroquímicos no biodegradables (cuadrante inferior izquierdo), tenemos a su diagonal los bioplásticos, el polo opuesto, es decir, aquellos plásticos que son renovables y degradables. Sin embargo existen plásticos que aun no siendo bioplásticos pueden cumplir el objetivo “verde” para varias industrias y sectores. En el cuadrante superior izquierdo tenemos los plásticos renovables análogos a los plásticos petroquímicos actuales, que presentan la misma estructura química (poliolefinas, poliésteres, poliamidas) pero que han sido producidos a partir de fuentes renovables en detrimento del petróleo. Estos plásticos pueden ser muy interesantes en aquellos sectores en los que prima el separarse de lo que supone la sumisión a las fluctuaciones en precio y disponibilidad de los productos petroquímicos sobre la posibilidad de un fin de vida sostenible (degradabilidad). Por lo general, sectores que trabajan con aplicaciones duraderas como el de automoción, electrodomésticos, juguetería, etc. Por último, en el cuadrante inferior derecha tenemos los plásticos sintéticos (en su mayor parte petroquímicos) biodegradables, muy interesantes para sectores donde la vida útil del producto es muy corta, como el de envase y embalaje.

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Figura 2. Clasificación de los plásticos según materia prima y degradabilidad.

Mercado

En el reciente estudio realizado por Ceresana (4) se prevé un aumento medio anual del 17,8% del mercado mundial de los bioplásticos (incluyendo plásticos biodegradables y los de materia prima renovable), para alcanzar unos ingresos superiores a 2.150 millones de euros en el año 2018. Además, se prevé que el liderato actual ostentado por Europa (casi el 50% mundial) lo perderá para caer en manos de Sudamérica, debido en gran parte al gran aumento en capacidad de producción de la petroquímica Brasileña Braskem y sus plantas de producción de plásticos no petroquímicos.

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Figura 3. Planta de producción de PE no petroquímico de Braskem en Brasil.

Capacidad de producción

Según un estudio publicado por European Bioplastics el año pasado (5), de los 724.000 toneladas métricas de capacidad productiva en el 2010, un 60% corresponde a los polímeros biodegradables, mientras que el 40% restante corresponde a los polímeros de fuentes renovables.

Sin embargo, la capacidad total estimada para el año 2015 se sitúa en 1,7 millones de toneladas métricas (un aumento superior al 130%), de los cuales la mayor parte no corresponde a los biodegradables (42%), sino a los procedentes de fuentes renovables (58%). Esto se debe en gran parte a la gran demanda potencial de las poliolefinas no petroquímicas.

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Figura 4. Capacidad global de producción de bioplásticos.

El mismo estudio muestra una clasificación de la producción por familias de plásticos. Se prevé que se mantenga el liderato del PE no petroquímico (más de un cuarto de la producción total). Se prevé también una fuerte entrada del PET no petroquímico, desplazando de la segunda posición de la lista a las mezclas de almidón termoplástico. Sólo dos bioplásticos se encuentran (y se prevé que se mantengan) en esas primeras posiciones del ranking de capacidades de producción: el poliácido láctico (PLA) y la familia de los Polihidroxialkanoatos (PHA).

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Figura 5. Capacidad de producción de bioplásticos por tipo (5).

Ejemplos de aplicaciones actuales

El uso comercial de las bolsas compostables no es nuevo en Europa, aunque los cambios de legislación que se han dado durante los últimos años han ayudado para que su uso haya dado grandes pasos hacia su estandarización.

Partiendo del sector de envase y embalaje hoy en día el mercado de estos plásticos está sufriendo una fuerte diversificación hacia otros sectores donde la vida del producto se estima más longevo. Así, por ejemplo Toyota ya anunció el uso del politrimetilen tereftalato (Sorona, de DuPont) en el sistema de aire acondicionado de su modelo Prius; Fujitsu usa esteres celulósicos (Biograde, de FKuR) en teclados y ratones; Boston Club y Panasonic usan un PLA de alta resistencia térmica (Biofront, de Teijin Limited) en las monturas de gafas anteojos y carcasas de teléfonos móviles; respectivamente.

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Figura 6. Ejemplos de diferentes aplicaciones: Bolsa (Ecovio, BASF); barra de labios y botella (Ingeo, Natureworks), teclado de Pc (Biograde, de FKuR), fundas de teléfono móvil (Ingeo, Natureworks), jueguetes de playa (Mirel, Metabolix) (6). 
1. http://www.scienceinschool.org/2007/issue4/spidersilk2. www.materialstoday.com/view/24369/spider-silk-conduction

3. 3rd International Conference on Biodegradable and Biobased Polymers Biopol 2011, agosto del 2011, Estrasburgo (Francia)

4. Market study: Bioplastics. Ceresana Research, Diciembre 2011

5. Fuente: European Bioplastics. Universidad de Ciencias Aplicadas y Artes de Hanover (mayo 2011)

6. Fuente: www.european-bioplastics.org

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